JPH0264369A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非共／３１Ｂ混合冷媒を用い、組成分離によ
り、高沸点冷媒を貯留して組成を可変するヒートポンプ
装置の改良に関する。

従来の技術 従来、非共沸混合冷媒を用い、組成分離により高沸点冷
媒を貯留して組成を可変するヒートポンプ装置として、
第３図に示すような装置が提案されている。第３図にお
いて、１は圧縮機、２は凝縮器、３は絞り装置、４は蒸
発器であり、これらを配管接続することにより主回路を
構成している。

５は充填材を充填した精留分離器であり、上部は配管６
により凝縮器２出口と、また減圧器７を介して蒸発器４
人口とそれぞれ接続されている。また精留分離器５の下
部には貯留器８が配置され、その底部は開閉弁９を介し
て減圧器７と接続され、貯留器８の内部には加熱ヒータ
ー１０が設けられている。

このような装置において非共沸混合冷媒を封入し、組成
を可変する方法について説明する。まず封入した混合冷
媒の組成のままで運転する場合（分離なしモード）には
、加熱ヒーター１０をＯＦＦすることにより、貯留器８
は余剰冷媒を単に貯留し、開閉弁９の閉止時はそのまま
貯め込むし、開放時は貯留しながら一部は減圧器７を経
由して蒸発′ｒＡ４に流出するのみとなるため、主回路
は封入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成の
まま運転することになる。次に高沸点冷媒を貯留して低
沸点冷媒の富んだ組成で運転する場合（分離ありモード
）には、開閉弁８を閉止し加熱ヒーター１０をＯＮする
と、貯留器８内部の冷媒中主に低沸点冷媒が気化され、
精留分離器５内部を上昇する。このとき凝縮器２出口か
らは配管６を経由して液冷媒が供給され、精留分離器５
内部で気液接触により精留作用が起こり、上昇する気体
は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降する液体は高沸
点冷媒の濃度が高まり、貯留器８には高沸点冷媒が凝縮
液の状態で貯留されることになる。

一方上昇する低沸点冷媒に富んだ気体は減圧器７を経由
して蒸発器４に流入するため、主回路は低沸点冷媒の富
んだ組成で運転できるものである。

このようなタイプの組成可変型のヒートポンプ装置は、
例えば給湯装置に適用され、通常使用時には高温水を得
るため高沸点冷媒の富んだ封入組成のままで運転し、で
きるだけ短時間で貯湯する必要がある場合には加熱能力
の高い低沸点冷媒の富んだ組成で運転することが可能と
なる。

発明が評決しようとする課題 しかじながろ、上記のようなヒートポンプ装置では、加
熱ヒーターを用いて精留作用を起こさせるため、組成可
変する場合のエネルギ効率が低くなる。すなわち、ヒー
ターにより加熱された熱量は精留作用のための気体発生
に利用されるだけで、例えば、給湯側への熱回収が行わ
れないと言った欠点があり、さらに上記ヒートポンプ装
置に四方弁を加えて、圧縮機からの冷媒の流れ方向を切
り換え可能にし冷却側を利用する場合にも、精留分離器
の上部より流出する低沸点冷媒の濃度の高い冷媒ガスを
蒸発器に導くことになり、蒸発器の圧力損失が増加する
という欠点があった。

本発明のヒートポンプ装置は、加熱運転時には、精留分
離のための気体発生に利用した熱量を有効に利用でき、
しかも冷却運転時にも、支障なく精課題を解決するため
の手段 本発明のヒートポンプ装置は、下部に貯留器を設けた精
留分離器の上部を絞り装置と前記利用側熱交換器の間の
配管に接続し、また前記貯留器を開閉弁を介して熱源側
熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接続し、四方弁と
前記利用側熱交換器との間に冷媒エジェクタを設け、前
記精留分離器の上部と前記冷媒エジェクタの吸引口とを
逆止弁を介して接続したことを特徴とするものである。

さらに本発明の・ヒートポンプ装置は、下部に貯留器を
設けた精留分離器の上部を絞り装置と利用側熱交換器の
間の配管に接続し、前記精留分離器の上部に気液分離器
を接続し、この気液分離器底部の液側出口を前記熱源側
熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接続し、四方弁と
前記利用側熱交換器の間に冷媒エジェクタを設け、前記
気液分離器上部のガス側出口と前記冷媒エジェクタの吸
引口とを逆止弁を介して接続し、また前記貯留器は開閉
弁を介して前記熱源側熱交換器と、前記絞り装置の間の
配管に接続したことを特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成により、分離ありモードにおいて
は、加熱ヒーターにより、貯留器内部の冷媒中主に低沸
点冷媒が気化され、精留分離器内部を上昇する。このと
き凝縮器となる熱交換器の出口からは液冷媒が供給され
、精留分離器内部で気液接触により精留作用が起こり、
上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降す
る液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器には高沸点
冷媒が凝縮液の状態で貯留されることになる。

方上昇した低沸点冷媒に富んだ気体は、加熱運転時には
精留分離器上部より、冷媒エジェクタの吸引口に導かれ
るため、再び凝縮器となる利用側熱交換器に流入し、凝
縮する際に加熱ヒーターにより与えられた熱量を有効活
用することができ、また冷却運転時にも、支障なく精留
分離を行なうことができるものである。

実施例 の構成図であり、１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は
利用側熱交換器、１４は絞り装置、１５は熱源側熱交換
器であり、これらを配管接続することにより主ヒートポ
ンプ回路を構成している。１６は充填材を充填した精留
分離器であり、その上部を絞り装置１４と利用側熱交換
器１３の間の配管に接続し、また精留分離器１６の下部
には加熱ヒーター１７を内蔵した貯留器１８を配してお
り、この貯留器１８の下部は開閉弁１９および減圧器２
０を介して熱源側熱交換器１５と絞り装置１４の間の配
管に接続されている。さらに精留分離器１６の上部は第
１逆止弁２１を介して、四方弁１・２と利用側熱交換器
１３の間に設けられた冷媒エジェクタ２２の吸引口に接
続されている。なお、２３は冷却運転時に冷媒エジェク
タ２２をバイパスする第２逆止弁である。

このようなヒートポンプ装置において非共沸混合冷媒を
封入し、組成を可変する方法について説゛明する。まず
分離なしモードでは、加熱ヒーター１７をＯＦＦし、開
閉弁１９を開放することにより、加熱運転時には、利用
側熱交換器１３で凝縮された冷媒の一部が分流され、精
留分離器１６を介して貯留器１８に入り一部は余剰冷媒
として貯留され、残りは開閉弁１９、減圧器２０を経由
して熱源側熱交換器１５に流出するため、主回路は封入
した状態の高沸点冷媒の冨んだ混合冷媒の組成のまま運
転することになる。また、冷却運転時には、熱源側熱交
換器１５で凝縮された冷媒の一部が分流され、減圧器２
０、開閉弁１９を経由して貯留器１８に入り一部は余剰
冷媒として貯留され、残りは精留分離器１６の上部より
利用側熱交換器１３に流出するため、主回路は封入した
状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成のまま運転す
ることになる。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター１
７をＯＮし、開閉弁１９を閉じることにより、加熱ヒー
ター１７により貯留器１８内部の冷媒中主に低沸点冷媒
が気化され、精留分離器１６内部を上昇する。このとき
利用側熱交換器１３で凝縮された液冷媒の一部が分流さ
れ、精留分離″ｒｊＸ１６上部に供給され、精留分離器
１６内部で気液接触により精留作用が起こり、上昇する
気体は低沸点冷媒の１度が高まり、逆に下降する液体は
高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器１８には高沸点冷媒
が凝縮液の状態で貯留されることになる。

一方上昇した低沸点冷媒に富んだ気体冷媒は四方弁１２
と利用側熱交換器１３との間に設けた冷媒エジェクタ２
２の吸引口に導かれる。この冷媒エジェクタ２２による
吸引効果により精留作用の促進が図れると共に、気体冷
媒は再び利用側熱交換器１３に流入し凝縮する際に加熱
ヒーターにより与えられた熱量を有効活用することがで
きる。このようにして主回路は低沸点冷媒の富んだ混合
冷媒の組成で運転できるものである。

また、冷却運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
１７をＯＮし、開閉弁１９を閉じることにより、ヒータ
ー１７により貯留器１８内部の冷媒中主に低沸点冷媒が
気化され、精留分離器１６しだ液冷媒の一部が分流され
、精留分離器１６上部に供給され、精留分離器１６内部
で気液接触により精留作用が起こり、上昇する気体は低
沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降する液体は高沸点冷
媒の濃度が高まり、貯留器１８には高沸点冷媒が凝縮液
の状態で貯留されることになる。一方上昇した低沸点冷
媒に富んだ気体は第１逆止弁２１を介して冷媒エジェク
タ２２の吸引口を通じて主回路を流れる冷媒と合流した
後、圧縮機１１に吸弓される。これにより主回路は低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるものである
。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター１７を
０ＦＦＬ、開閉弁１９を開放すると、貯留器１８内の高
沸点冷媒が主回路に混入して、主回路は封入した状態の
高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成となる。

このように本実施例においては、精留分離のため、加熱
ヒーター１７で消費された熱量を回収して効果のある加
熱運転時のみ、冷媒エジェクタ２２を作動させ、加熱ヒ
ーター１７で消費された熱量を回収する必要のない冷却
運転時には、精留分離器１６の上部より流出する低沸点
冷媒の濃度の高い冷媒ガスを蒸発器となる利用側熱交換
器１３をバイパスして圧縮機１１の吸入側に導くことに
なり、蒸発器の圧力損失の増加を防止するとともに、主
回路を流れる冷媒も冷媒エジエクタ２２をバイパスさせ
ることにより、冷媒エジェクタ２２が圧力損失の原因と
なることを防止できるものである。

な１、加熱ヒーター１７の代わりに圧縮機１１の吐出配
管等冷凍サイクル中の高温熱源を用いてもよいことはも
ちろんのことである。

第２図は本発明のヒートポンプ装置の他の実施例の構成
図であり、第２図の実施例と同一の機能部品には同一番
号を付して示している。

本実施例においては、精留分離器１６の上部に気液分離
器２４を接続し、この気液分離器２４底部の液側出口を
利用側熱交換器工３と絞り装置１４の間の配管に、また
熱源側熱交換器１５と絞り装置１４の間の配管には第３
逆止弁２５を介して、それぞれ接続すると共に、気液分
離器２４上部のガス側出口は冷媒エジェクタ２２の吸引
口に第１逆止弁２１を介して接続されている。なお、気
液分離器２４底部の液側出口はフロート２６によるフロ
ート弁構造となっており、気液分離器２４に流入した液
冷媒のみを確実に液側出口より、流出させる構成となっ
ている。

本実施例において、分離なしモードでは、加熱ヒーター
１７をＯＦＦし、開閉弁１９を開放することにより、第
１図に示した実施例と同様の方法で、主回路は封入した
状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成のまま運転す
ることができる。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター１
７をＯＮし、開閉弁１９を閉じることにより、加熱ヒー
ター１７により貯留器１８内部の冷媒中主に低沸点冷媒
が気化され、精留分離器１６内部を上昇する。このとき
利用側熱交換器１３で凝縮された液冷媒の一部が分流さ
れ、精留分離器１６上部に供給され、精留分離器１６内
部で気液接触により精留作用が起こり、上昇する気体は
低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降する液体は高沸点
冷媒の濃度が高まり、貯留器１８には高沸点冷媒が凝縮
液の状態で貯留されることにな′る。

一方、上昇した低沸点冷媒に富んだ気体冷媒は供給され
る液冷媒の一部と混合して気液性Ｆｔ！ｔＤ２４に入り
、ここで気体冷媒と液冷媒に分離され、気体冷媒は四方
弁１２と利用側熱交換器１３との間に設けた冷媒エジェ
クタ２２の吸引口に導かれる。

この冷媒エジェクタ２２による吸引効果により精留作用
の促進が図れると共に、気体冷媒は再び利用側熱交換器
１３に流入し凝縮する際に加熱ヒーター１７により与え
られた熱量を有効活用するこきができる。一方、分離さ
れた液冷媒は気液分離器２４底部の液側出口より、第３
逆止弁２５、減圧器２０を介して熱源側熱交換器１５に
導かれ、ここで主回路を流れる冷媒と混合して、外気な
どの熱源より吸熱蒸発し、再び圧縮機１１に吸引される
。このようにして主回路は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒
の組成で運転できるものである。

また、冷却運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
１７をＯＮし、開閉弁１９を閉じることにより、加熱ヒ
ーター１７により貯留器１８内部の冷媒中主に低沸点冷
媒が気化され、精留分離器１６内部を上昇する。このと
き熱源側熱交換器１５で凝縮され、絞り装置１４で蒸発
圧力まで減圧膨張した液冷媒の一部が分流され、精留分
離器１６上部に供給され、精留分離器１６内部で気液接
触により精留作用が起こり、上昇する気体は低沸点冷媒
の濃度が高まり、逆に下降する液体は高沸点冷媒の濃度
が高まり、貯留器１８には高沸点冷媒が凝縮液の状態で
貯留されることになる。一方上昇した低沸点冷媒に富ん
だ気体は気液分離器２４上部のガス側出口および第１逆
止弁２１を介して冷媒エジェクタ２２の吸引口を通じて
主回路を流れる冷媒と合流した後、圧縮機１１に吸引さ
れる。これにより主回路は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒
の組成で運転できるものである。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター１７を
ＯＦＦし、開閉弁１９を開放すると、貯留器１８内の高
沸点冷媒が主回路に混入して、主回路は封入した状態の
高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成となる。

このように本実施例においては、精留分離のため、加熱
ヒーター１７で消費された熱量を回収して効果のある加
熱運転時のみ、冷媒エジェクタ２２を作動させ、加熱ヒ
ーター１７で消費された熱量を回収する必要のない冷却
運転時には、精留分離器１６の上部より流出する低沸点
冷媒の濃度の高い冷媒ガスを蒸発器となる利用倶り熱交
換器１３をバイパスして圧縮機１１の吸入側に導くこと
になり、蒸発器の圧力損失の増加を防止するとともに、
主回路を流れる冷媒も冷媒エジェクタ２２をバイパスさ
せることにより、冷媒上・ジェツタ２２が圧力損失の原
因となることを防止できるものである。

さらに、精留分離器１６の上部より、気体冷媒と液冷媒
が混合されて流出するような運転条件下においても、液
冷媒を冷媒エジェクタ２２に吸弓させて、蒸発器となる
熱交換器を流れる液冷媒の流ｆｆ１ｆＡ少による効率低
下を招くようなことがない。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明のヒートポンプ
装置は、下部に貯留器を設けた精留分離器の上部を前記
絞り装置と利用側熱交換器の間の配管に接続し、また前
記貯留器は開閉弁を介して前記熱源側熱交換器と絞り装
置の間の配管に接続すると共に、前記四方弁と利用側熱
交換器との間に冷媒エジェクタを設け、前記精留分離器
の上部と前記冷媒エジェクタの吸引口とを逆止弁を介し
て接続した構成であるから、精留分離のため、加熱ヒー
ターで消費された熱量を回収して効果のある加熱運転時
のみ、冷媒エジェクタを作動させ、加熱ヒーターで消費
された熱量を回収する必要のない冷却運転時には精留分
離器の上部より流出する低沸点冷媒の濃度の高い冷媒ガ
スを蒸発器となる利用側熱交換器をバイパスして圧縮機
の吸入側に導（ことになり、蒸発器の圧力損失の増加を
防止するとともに、主回路を流れる冷媒も冷媒エジェク
タをバイパスすることにより、冷媒エジェクタが圧力損
失の原因となることを防止できるものであり、しかも加
熱ヒーターの代わりに圧７縮機の吐出配管等冷凍サイク
ル中の高温熱源を用いることにより、凝縮器となる熱源
側熱交換器の負荷をｌＨａすることができるものである
。

さらに本発明のヒートポンプ装置は、下部に貯留器を設
けた精留分離器の上部を前記絞り装置と利用側熱交換器
の間の配管に接続し、同精留分離器の上部に気液分離器
を接続し、この気液分離器底部の液態出口を前記熱源側
熱交換器と絞り装置の間の配管に接続すると共に、前記
四方弁と利用側熱交換器の間に冷媒エジェクタを設け、
前記気液分離器上部のガス側出口と前記冷媒エジェクタ
の吸引口とを逆止弁を介して接続し、また前記貯留器は
開閉弁を介して前記熱源側熱交換器と絞り装置の間の配
管に接続したことを特徴とするものであるから、精留分
離器の上部より、気体冷媒と液冷媒が混合されて流出す
るような運転条件下においても、液冷媒を冷媒エジェク
タに吸引させて、蒸発器となる熱交換器を流れる液冷媒
の流■減少による効率低下を招くようなことがなく、精
留分離のため、加熱ヒーターで消費された熱１を回収し
て効果のある加熱運転時のみ、冷媒エジェクタを作動さ
せ、加熱ヒーターで消費された熱量を回収する必要のな
い冷却運転時には精留分離器の上部より流出する低沸点
冷媒の濃度の高い冷媒ガスを蒸発器となる利用側熱交換
器をバイパスして圧縮機の吸入側に導くことになり、蒸
発器の圧力損失の増加を防止するとともに、主回路を流
れる冷媒も冷媒エジェクタをバイパスすることにより、
冷媒エジェクタが圧力損失の原因となることを防止でき
る等、実用上多大な効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のヒートポンプ装置の構成図
、第２図は本発明の他の実施例のヒートポンプの構成図
、第３図は従来例のヒートポンプ装置の構造図である。 １１・・・・圧縮機、１２・・・・四方弁、１３・・・
・利用側熱交換器、１４・・・・絞り装置、１５・・・
・熱源側熱交換器、１６・・・・精留分離器、１９・・
・・開閉２２・・・・冷媒エジェクタ、 ２４・・・・気液分離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、利用
   側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管にて
   接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に貯留器を
   設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記利用側熱
   交換器の間の配管に接続し、また前記貯留器を開閉弁を
   介して前記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に
   接続し、前記四方弁と前記利用側交換器との間に冷媒エ
   ジェクタを設け、前記精留分離器の上部と前記冷媒エジ
   ェクタの吸引口とを逆止弁を介して接続したことを特徴
   とするヒートポンプ装置。
2. （２）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、利用
   側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管にて
   接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に貯留器を
   設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記利用側熱
   交換器の間の配管に接続し、前記精留分離器の上部に気
   液分離器を接続し、この気液分離器底部の液側出口を前
   記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接続し、
   前記四方弁と前記利用側熱交換器の間に冷媒エジェクタ
   を設け、前記気液分離器上部のガス側出口と前記冷媒エ
   ジェクタの吸引口とを逆止弁を介して接続し、また前記
   貯留器は開閉弁を介して前記熱源側熱交換器と絞り装置
   の間の配管に接続したことを特徴とするヒートポンプ装
   置。
3. （３）気液分離器の液側出口をフロート弁構造としたこ
   とを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ装置。